原子力显微镜结构及特点
原子力显微镜是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力)来获得物质表面形貌的信息。因此，原子力显微镜除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖，其应用领域将更为广阔。
原子力显微镜的主要结构
原子力显微镜主要由为反馈光路提供光源的激光系统、进行力-距离反馈的微悬臂系统、执行光栅扫描和Z轴定位的压电扫描器、接收光反馈信号的光电探测器、反馈电子线路、粗略定位系统、防震防噪声系统、计算机控制系统与数据处理软件、样品探测环境控制系统湿控、温控、气环境控制等、监控激光-悬臂-样品相对位置的显微及CCD摄像系统等构成。
1、激光器单元
原子力显微镜激光器是光反馈通路的信号源。由于悬臂的空间有限性，就对照射器上的光束宽度提出了一定要求：足够细、单色性好、发散程度弱;同时也要求光源的稳定性高，可持续运行时间久，工作寿命长。而激光正是能够很好地满足上述条件的光源。
2、微悬臂单元
微悬臂是探测样品的直接工具，它的属性直接关系到原子力显微镜的精度和使用范围。微悬臂必须有足够高的力反应能力，这就要求悬臂必须容易弯曲，也易于复位，具有合适的弹性系数，使得零点几个纳牛甚至更小的力的变化都可以被探测到;同时也要求悬臂有足够高的时间分辨能力，因而要求悬臂的共振频率应该足够高，可以追随表面高低起伏的变化。根据上述两个要求，微悬臂的尺寸必须在微米的范围，而位于微悬臂末端的探针则在10nm左右，而其上针尖的曲率半径约为30nm，悬臂的固有频率则必须高于10Hz。
3、压电扫描单元
原子力显微镜要探测样品表面的精细结构，除了高性能的微悬臂以外，压电扫描器压电换能器的精确扫描和灵敏反应也是同样重要的。压电换能器是能将机械作用和电讯号互相转换的物理器件。它不仅能够使样品在XY扫描平面内精确地移动，也能灵敏地感受样品与探针间的作用，同时亦能将反馈光路的电讯号转换成机械位移，进而灵敏地控制样品和探针间的距离力，并记录因扫描位置的改变而引起的Z向伸缩量。这样，压电扫描器就对样品实现了表面扫描。常见扫描器的Z小分辨率为0.1nm×0.1nm×0.1nm。
4、光电检测与反馈单元
目前原子力显微镜探测悬臂微形变的主要方法是光束偏转法：用一束激光照在微悬臂的，而用位置灵敏光检测器(PSPD)来接收悬臂的反射激光束，并输出反映反射光位置的信号。由于悬臂的形变会引起反射光束的偏移，导致反射光在PSPD上位置的变化，进而产生反应悬臂的形变的电讯号，以供调节压电扫描器的伸缩控制。
作为原子力显微镜的核心部件，它们是不可或缺的，要得到满意的试验图像，总是要求各个部件的工作状态都达到Z佳。因此，原子力显微镜中Z关键的技术就是高性能激光器的设计、对微弱力作用极其敏感的微悬臂的设计、为获得高分辨率的非常尖细针尖的制备、精确扫描定位的压电换能器和光电检测技术的研究。
原子力显微镜的特点
1、高分辨力，原子力显微镜分辨力远远超过扫描电子显微镜，以及光学粗糙度仪。样品表面的三维数据满足了研究、生产、质量检验越来越微观化的要求。
2、非破坏性，原子力显微镜探针与样品表面相互作用力为10^-8N以下，远比以往触针式粗糙度仪压力小，因此不会损伤样品，也不存在扫描电子显微镜的电子束损伤问题。另外扫描电子显微镜要求对不导电的样品进行镀膜处理，而原子力显微镜则不需要。
3、应用范围广，原子力显微镜可用于表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、VCD涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。
4、软件处理功能强，原子力显微镜三维图象显示其大小、视角、显示色、光泽可以自由设定。并可选用网络、等高线、线条显示。图象处理的宏管理，断面的形状与粗糙度解析，形貌解析等多种功能。
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- 原子力显微镜用途
- 原子力显微镜是一种具有原子级别高分辨率的新型表面分析仪器，它不但能观察导体和半导体材料的表面现象，而且能用来观察诸如玻璃、陶瓷等非导体表面的微观结构。
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